金屬材料具有良好的塑性、延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，而陶瓷材料具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高硬度和高絕緣性，它們各有廣泛的應(yīng)用范圍。陶瓷金屬化由美國化學(xué)家Charles W. Wood和Albert D. Wilson在20世紀(jì)初發(fā)明，將兩種材料結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)的性能。他們于1903年開始研究將金屬涂層應(yīng)用于陶瓷表面的方法，并于1905年獲得了該技術(shù)的專利。該技術(shù)隨后被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，以制造具有金屬外觀和性能的陶瓷產(chǎn)品，例如耐熱陶瓷和電子設(shè)備。

陶瓷金屬化是指將一層薄薄的金屬膜牢固地粘附在陶瓷表面，以實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬之間的焊接。陶瓷金屬化工藝多種多樣，包括鉬錳法、鍍金法、鍍銅法、鍍錫法、鍍鎳法、LAP法（激光輔助電鍍）。常見的金屬化陶瓷包括氧化鈹陶瓷、氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷和氮化硅陶瓷。 由于不同陶瓷材料的表面結(jié)構(gòu)不同，不同的金屬化工藝適用于不同的陶瓷材料的金屬化。

1.二氧化鈹陶瓷

BeO陶瓷最常用的金屬化方法是鉬錳法。該方法涉及用純金屬粉末（Mo，Mn）和金屬氧化物的糊狀混合物涂覆陶瓷表面，然后在爐中高溫加熱以形成金屬層。在Mo粉末中添加10%至25%Mn是為了改善金屬涂層與陶瓷之間的結(jié)合。

2.Al2O3陶瓷

Al2O3陶瓷的主要金屬化方法是直接鍵合銅法（DBC），它允許銅箔和Al2O3陶瓷之間直接連接，而無需額外的材料。該過程包括用經(jīng)過處理的銅箔覆蓋Al2O3陶瓷的表面，引入具有一定氧含量的惰性氣體，然后加熱。在此過程中，銅表面被氧化，當(dāng)溫度達(dá)到共晶液相范圍時(shí)，Al2O3陶瓷和銅產(chǎn)生共晶液相，使兩種材料都潤濕并完成初始連接。在冷卻過程中，共晶液相析出存在于界面處的Cue和Cu2O，以實(shí)現(xiàn)緊密連接。

3.AlN陶瓷

目前，用于AlN陶瓷的主要方法是DBC和活性金屬釬焊（AMB）。

AlN陶瓷的直接鍍銅方法與Al2O3陶瓷相似，但存在一些差異。這是因?yàn)锳lN是一種非氧化物陶瓷，共晶液相在其表面上擴(kuò)散不良，無法直接粘合。因此，需要在1200°C左右進(jìn)行預(yù)氧化，氧化后會(huì)在AlN陶瓷表面產(chǎn)生約1-2 μm的氧化層。然后將預(yù)氧化的AlN陶瓷和銅在共晶液相存在的溫度范圍內(nèi)連接，以完成AlN涂層銅板的制備。

另一種常用的方法是磁力軸承，它將AlN陶瓷和銅箔與活性金屬釬焊填充材料連接起來，其中Ag-Cu-Ti系統(tǒng)是最常用的。釬焊填料中的Ti是活性金屬，約占質(zhì)量比例的1-5%，而Cu約占28%，Ag約占67-71%。通過活性金屬釬焊連接AlN陶瓷和銅箔的問題是，成型結(jié)構(gòu)中會(huì)留下大量的內(nèi)應(yīng)力，這可能導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中的可靠性問題。因此，在釬焊填料材料組合物的設(shè)計(jì)過程中，除了Ag、Cu和Ti金屬顆粒外，還需要添加一些可以減少熱失配的填料。目前，常用的填料主要有SiC、Mo、TiN、Si3N4和Al2O3。

4.Si3N4 陶瓷

Si3N4陶瓷通常使用活性金屬釬焊（AMB）連接到銅。Si3N4陶瓷表面金屬化不能使用直接鍍銅的原因是Si3N4陶瓷表面不能直接產(chǎn)生氧化層。與AlN類似，Si3N4也是一種氮化物，可以與一些活性金屬（Ti，Cr，V）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面層中生成連續(xù)的氮化物，從而實(shí)現(xiàn)Si3N4陶瓷與金屬釬焊材料的連接。最常用的金屬釬焊材料是Ag-Cu-Ti體系，但這些釬焊材料的液相線在1200K以下，其抗氧化性較差。釬焊后的使用溫度不應(yīng)高于755 K。

審核編輯 黃宇